Способ градиентного окрашивания полной поверхности изделия из сплавов титана, тантала, циркония, ниобия, гафния, вольфрама или ее части с возможностью пропуска цвета Российский патент 2024 года по МПК C25D11/02 

Изобретение относится к области электрохимии, а именно к электрохимическому получению градиентной анодной оксидной пленки на полной поверхности изделия из сплавов титана, тантала, циркония, ниобия, гафния, вольфрама или её части путем нанесения градиентной анодной оксидной пленки методом плавного вынимания изделия из электролита с одновременным повышением значения напряжения и возможностью пропуска цвета (возможно получение градиента как с пропуском цвета, так и без пропуска).

Предложенный способ может использоваться для декоративного покрытия полной поверхности изделия из сплавов титана, тантала, циркония, ниобия, гафния, вольфрама или ее части в градиенты разных цветов. Для данного способа, во-первых, возможно создание таких переходов цвета, которые сменяют друг друга из-за последовательного повышения напряжения (таблица 1). Во-вторых, возможно создание пропуска цвета в последовательности цветовых переходов, определенных повышением значения напряжения (таблица 1).

Таблица 1 - Порядок смены цветов при последовательном повышении напряжения, при концентрации электролита дающего максимальную насыщенность цвета

Номер следования цвета при последовательном повышении напряжения Цвет Напряжение, соответствующее цвету 1 2 3 1 Желтый (теплый) 7В 2 Коричневый 12В 3 Бордовый 15В 4 Фиолетовый 19В

Продолжение таблицы 1

1 2 3 5 Синий (холодный) 25В 6 Голубой 30В 7 Светло-голубой 40В 8 Светло-желтый (холодный) 50В 9 Желтый (холодный) 55В 10 Оранжевый 60В 11 Малиновый 70В 12 Синий (теплый) 85В 13 Зеленый 95В

Область применения обширна: окрашивание корпусов транспортных средств, часов, телефонов; ювелирных изделий и бижутерии; элементов интерьера и экстерьера; имплантов и многое другое.

Известен способ получения цветного изображения на металлических поверхностях [RU 2357844 С2 Способ получения цветного изображения на металлических поверхностях, Михаил Григорьевич Афонькин, Владимир Борисович Звягин, Екатерина Владимировна Ларионова, Евгений Иванович Прияхин, 2009.06.10], за счет образования наноструктур в виде оксидных пленок, образующихся в результате локального нагрева источником тепла импульсного действия (например, лазерного излучения, плазменного, электроконтактного или иного вида нагрева). Изобретение позволяет наносить цветное изображение на любые металлические поверхности без предварительной их обработки и без предварительного построения градуировочных кривых. Недостатками данного метода являются сложные предварительные математические расчёты, дороговизна, переходы цвета возможны, но не учитывается их плавность, насыщенность, возможное усиление дефектов при нанесении градиентов нескольких цветов.

Наиболее близким аналогом предлагаемого метода является способ получения узора на алюминиевом материале, согласно которому на поверхность алюминия после электролитического окрашивания наносят защитную пленку, образующую требуемый узор, с применением состава, содержащего алкидную смолу, метилцеллюлозу и поливинилбутираль. Затем участки поверхности алюминия без защитной пленки подвергают электролитическому окрашиванию в другой цвет с получением на поверхности алюминия двуцветного узора. [А.з. Японии N 62-60480, опубл. 16.12.87г.] Достоинства данного метода в том, что он позволяет наносить пленки на всю поверхность и на ее часть, метод достаточно экономичен относительно методов локального нагрева, к тому же не требует предварительных расчетов или построения градуировочных кривых. Недостаток данного метода в том, что наносимые пленки только однотонные, не учитывается градиентное нанесение, которое требует особой методики.

В обоих способах не учитываются особенности нанесения градиентных пленок, либо градиентные пленки не предполагаются вовсе. Электрохимический метод обладает рядом достоинств: относительной дешевизной и технологической простотой (не требуются предварительные расчеты и построение градуировочных кривых); возможностью реализации, как на производстве, так и самостоятельно в кустарных условиях при соблюдении техники безопасности; возможностью изменять яркость цветов в зависимости от концентрации электролита, изменять плавность градиента в зависимости от выдержки каждого цвета, избегать нежелательных дефектов (полос, почернения, несоответствия цвету).

Раскрытие изобретения

В данном изобретении применяемым терминам придаются следующие значения:

Погружной метод - метод анодирования, предполагающий погружение изделия, прикрепленного к аноду, в ванну с электролитом и катодом с последующим анодированием, при этом катод и анод в ванне не должны соприкасаться;

Метод плавного вынимания с одновременным повышением значения напряжения - вид погружного метода, при котором, изделие так же прикрепляется к аноду, но в процессе анодирования плавно вынимается с параллельным увеличением значения напряжения;

Переход цвета - смена цветов в градиенте в зависимости от повышения напряжения (таблица 1);

Предварительная оксидная пленка - пленка, полученная на всей поверхности изделия в ходе анодирования при U_нач;

(U_нач) - самое низкое напряжение, используемое при создании градиента на первоначальной стадии анодирования;

(U_конеч) - самое высокое напряжение, используемое при создании градиента на конечной стадии анодирования;

Дефектная область значений - область напряжений градиента, при которых наблюдается пропуск цвета, его серость или иной дефект;

(U_деф1) - самое низкое напряжение, при котором наблюдается дефектная область в градиенте;

(U_деф2) - самое высокое напряжение, при котором наблюдается дефектная область в градиенте;

(k) - коэффициент, используемый для расчета области пропуска (дефекта) для градиентов с переходами цвета более двух раз (k=[1;1,3]).

Задачей настоящего изобретения является разработка способа нанесения градиентных оксидных пленок методом анодирования на всю поверхность изделия из сплавов тантала, титана, циркония, ниобия, гафния, вольфрама или ее часть при разных значениях напряжения с высоким качеством поверхности, плавным переходом цветов градиента и возможностью создания градиентов как с пропуском цвета, так и без.

Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в получении градиентных интерференционных пленок как с пропуском цвета, так и без, отличающиеся высоким качеством пористого оксида за счет устранения дефектов, вызванных неравномерным распределением плотности тока (j), слишком высоким или низким его значением, перегревом анода и электролита (с повышением значения напряжения), резким погружением анода в электролит.

Поставленная задача решается с помощью: использования погружного метода, а именно, метода плавного вынимания с одновременным повышением значения напряжения. Данный метод позволяет получать градиентную пленку как без пропуска цвета, так и с пропуском цвета в зависимости от режима нанесения. Для градиентов с переходом цвета более чем два раза определен коэффициент k, который позволяет вычислить область, дающую пропуск цвета или его дефект. Именно данный метод позволяет создать равномерную и геометрически правильную по строению пористого оксида пленку за счет предварительно созданной пленки, которая образуется на начальном этапе при полном погружении изделия и начальном напряжении (U_нач).

Пленка, получаемая методом плавного вынимания с одновременным повышением значения напряжения, при смене цветов менее чем два раза (включительно) не дает дефектов при нанесении. При большом количестве переходов существует высокая вероятность появления дефектов или пропуска цвета. Область значений напряжений, дающих дефект (U_деф1-U_деф2) можно рассчитать при помощи коэффициента k (k=[1;1,3]) по формуле U_деф1,2=(U_конеч - U_нач)/k. Данная дефектная область возникает из-за многократного последовательного анодирования и регулируется (оставляется пропуск цвета или же выдерживается полный цветовой переход) при помощи смены значения плотности тока и метода вынимания.

I. Для градиентов с менее чем двумя (включительно) переходами нанесение методом плавного вынимания с параллельным повышением напряжения предполагает следующие операции:

1. Изделие необходимо обезжирить.

2. При необходимости (покрытие части поверхности изделия), на участки, не участвующие в анодировании, нанести диэлектрик для того, чтобы защитить поверхность от покрытия оксидной пленкой.

3. Погружным методом нанести градиентную пленку сначала на самом низком напряжении (U_нач) (на данном этапе образуется предварительная оксидная пленка), а затем напряжение анодирования постепенно повышать до самого высокого (U_конеч) (каждый цвет анодируется до падения плотности тока до 0,2-0,3 А/дм²), при этом повышение напряжения и вынимание изделия из электролита производить параллельно. Плотность тока в данном случае выбирать согласно графику 1 (фигура 1), относительно конечного напряжения (U_конеч).

4. При необходимости (покрытие части поверхности изделия) удалить ранее нанесенный диэлектрик.

II. Для градиентов с более чем двумя переходами нанесение методом плавного вынимания с параллельным повышением напряжения предполагает следующие операции:

1-2. - аналогичные п.1-2 по созданию градиента с менее чем двумя (включительно) переходами цвета.

3. По формуле U_деф1,2=(U_конеч - U_нач)/k определить дефектную область, где k=[1;1,3].

4. - аналогичен п. 3 по созданию градиента с менее чем двумя (включительно) переходами цвета, но при достижении U_деф1 и до U_деф2 плотность тока использовать согласно графику 2 (фигура 2) (плотность тока выбирается относительно U_деф2) а выдержка создаваемого цвета производить до падения плотности тока до 0,1 А/дм², после U_деф2 использовать прежние параметры плотности тока и выдержки.

5. - аналогичен п. 4 по созданию градиента с менее чем двумя (включительно) переходами цвета.

III. Возникновение градиента с пропуском цвета возможно только при переходе более чем двух цветов. Дефектные области в данном случае позволяют получить пропуск цвета. Для каждого из цветов были рассчитаны U_нач, U_конеч, U_деф1, U_деф2 так, чтобы был получен пропуск конкретного цвета (таблица 2):

Таблица 2 - Расчёт градиентов с пропуском цвета

Область напряжений создаваемого градиента, В Предположительный результативный пропуск цвета Рассчитанный коэффициент k, В 7-20 фиолетовый [13;18] 16-40 синий [24;32] 24-64 голубой [40;53] 40-90 Желтый [50;66] 50-110 Оранжевый [60;80] 60-125 Малиновый [65;87]

В данную таблицу внесены цвета от фиолетового, так как это первый цвет, пропуск которого возможно получить и до малинового, так как это последний цвет, пропуск которого возможно получить в цветовом диапазоне (для создания пропуска зеленого цвета требуется напряжение, которое не дает в ходе интерференции цвета).

Для градиентов с пропуском цвета нанесение методом плавного вынимания с параллельным повышением напряжения предполагает следующие операции:

1-2. - аналогичные п.1-2 по созданию градиента с менее чем двумя (включительно) переходами цвета.

3. - аналогичен п. 3 по созданию градиента с менее чем двумя (включительно) переходами цвета, но при достижении U_деф1 и до U_деф2 выдержку создаваемого цвета производить до падения плотности тока до 0,1 А/дм² и изменять уровень погруженности изделия в электролит, после U_деф2 использовать прежние параметры выдержки и продолжать постепенно вынимать изделие из электролита.

4. - аналогичен п. 4 по созданию градиента с менее чем двумя (включительно) переходами цвета.

Данный метод хорошо подходит для создания градиентов на значениях напряжения выше 51 В, поскольку в этом диапазоне и данным способом цвета получаются яркие, переходы плавные и без дефектов. При создании градиента на напряжении менее чем 51 В иногда наблюдается серость цветов или их несоответствие.

Изобретение относится к области электрохимии, а именно к способу получения декоративного градиентного покрытия. Для получения окрашенного градиентного покрытия с более чем двумя цветовыми переходами для каждого создаваемого цвета определяют область напряжений создаваемого градиента U_нач, U_конеч и рассчитывают напряжения дефектной области градиента - области пропуска цвета U_деф1, U_деф2 по формуле U_деф1,2=(U_конеч - U_нач)/k, где U_нач – самое низкое напряжение, используемое при создании градиента на первоначальной стадии анодирования, U_конеч – самое высокое напряжение, используемое при создании градиента на конечной стадии анодирования, U_деф1 - самое низкое напряжение, при котором наблюдается дефектная область в градиенте, U_деф2 - самое высокое напряжение, при котором наблюдается дефектная область в градиенте, k – коэффициент, используемый для расчета области пропуска - дефекта для градиентов с переходами цвета более двух раз k=1;1,3, затем изделие обезжиривают, проводят формирование предварительной оксидной пленки, создаваемой анодированием на начальном этапе формирования градиента при напряжении U_нач, а декоративное окрашенное градиентное покрытие получают анодированием, которое проводят плавным выниманием изделия из электролита с одновременным повышением значения напряжения, при этом при достижении U_деф1 и до U_деф2 проводят выдержку создаваемого цвета до падения плотности тока до 0,1 А/дм² и изменяют уровень погруженности изделия в электролит, а после достижения U_деф2 используют прежние параметры выдержки и продолжают постепенно вынимать изделие из электролита. Технический результат: получение градиентных интерференционных пленок как с пропуском цвета, так и без, отличающихся высоким качеством пористого оксида за счет устранения дефектов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 1 пр.

1. Способ получения декоративного окрашенного градиентного покрытия на полной поверхности изделия из сплавов титана, тантала, циркония, ниобия, гафния, вольфрама или ее части с возможностью пропуска цвета, характеризующийся тем, что для получения окрашенного градиентного покрытия с более чем двумя цветовыми переходами для каждого создаваемого цвета определяют область напряжений создаваемого градиента U_нач, U_конеч и рассчитывают напряжения дефектной области градиента - области пропуска цвета U_деф1, U_деф2 по формуле U_деф1,2=(U_конеч - U_нач)/k, где

U_нач – самое низкое напряжение, используемое при создании градиента на первоначальной стадии анодирования,

U_конеч – самое высокое напряжение, используемое при создании градиента на конечной стадии анодирования,

U_деф1 - самое низкое напряжение, при котором наблюдается дефектная область в градиенте,

U_деф2 - самое высокое напряжение, при котором наблюдается дефектная область в градиенте,

k – коэффициент, используемый для расчета области пропуска - дефекта для градиентов с переходами цвета более двух раз k=1;1,3,

затем изделие обезжиривают, проводят формирование предварительной оксидной пленки, создаваемой анодированием на начальном этапе формирования градиента при напряжении U_нач, а декоративное окрашенное градиентное покрытие получают анодированием, которое проводят плавным выниманием изделия из электролита с одновременным повышением значения напряжения, при этом при достижении U_деф1 и до U_деф2 проводят выдержку создаваемого цвета до падения плотности тока до 0,1 А/дм² и изменяют уровень погруженности изделия в электролит, а после достижения U_деф2 используют прежние параметры выдержки и продолжают постепенно вынимать изделие из электролита.

2. Способ по п.1, в котором для покрытия части изделия используют диэлектрик, который перед анодированием наносят на необрабатываемые участки, а после анодирования диэлектрик удаляют.